1.2. Номенклатура полимеров |
27 |
12 . Номенклатура полимеров
Основная задача номенклатуры любого класса химических ве ществ заключается в установлении такого систематического назва ния соединения, которое полностью отражало бы его химическое строение. В отличие от низкомолекулярных органических и неор ганических соединений для ВМС такая задача в большинстве случаев невыполнима.
Обратимся снова к полимеру общей формулы (А), которая при R = СНз будет соответствовать полипропилену
— — СН— СН2Ч —
I
СН3 |
J п |
J |
Название «полипропилен»не отражает состава полимера, так как оно относится к веществу, степень полимеризации которого может изменяться в широких пределах и является для данного образца средней величиной. Это название не отражает также и хи мического строения, ибо в цепи полимера мономерные звенья мо гут быть соединены различным образом («голова к хвосту», «го лова к голове» и т.п.), могут иметь различную конфигурацию, а макромолекулы его могут быть линейными или разветвленны ми, могут включать некоторое число других звеньев, а также со держать различные концевые группы, которые вообще в названии не фигурируют.
В отличие от полипропилена строение молекулы белка инсу лина точно установлено: она состоит из 51 остатка 16 различных аминокислот, образующих две цепи (30 и 21 остаток в каждой) и соединенных в двух местах дисульфидными мостиками, при этом положение каждого остатка известно, как и места соедине ний цепей. Этой молекуле уже можно дать систематическое на звание, отвечающее его структуре.
До недавнего времени в химии и физике полимеров успешно применяли рациональную номенклатуру, в основу которой было положено название исходного мономера или мономерного звена, образующего макромолекулу. В 1974—1983 гг. Комиссией по но менклатуре макромолекул ИЮ ПАК разработаны рекомендации по систематическому названию регулярных линейных однотяжных и квазиоднотяжных органических и неорганических полиме ров, а также сополимеров.
28 |
Глава 1. Введение в теорию высокомолекулярных соединений |
1.2.1.Рациональная номенклатура
Самым простым исторически оформившимся способом назва ния полимеров является вариант, основанный на названии исход ного мономера с приставкой поли-:
лСН2= С Н 2 ---- |
► —f-CH2— СН2-}— |
этилен |
полиэтилен |
п СН2=СН(С6Н5) |
-СН2 -СН— |
|
I |
|
с6н5 |
стирол |
полистирол |
Эта система особенно удобна для полимеров, синтезируемых на основе одного мономера.
Если молекула мономера содержала один или несколько заме стителей, то после приставки полиобычно ставили скобки:
/ICF2= CF 2 — ► —E-CF 2— CF2+ -
тетрафторэтилен |
поли(тетрафторэтилен) |
|
|
Н3С— СН— СН2СН3 |
|
л СН3СН2С Н =С Н 2 |
--------- СН------ |
С Н ,- |
З-метилпентен-1 |
|
J п |
поли(3-метилпентен-1) |
||
Некоторые полимеры называли по их гипотетическим моно мерам, например поливиниловый спирт, получаемый гидролизом поливинилацетата:
— СН— сн2— - +иН 20 ------ ► |
-СН—СН2 |
+ /|СН3СООН |
|
1 |
1 |
I |
|
ос—сн3 |
ОН |
|
|
II |
Jп |
|
|
О |
|
|
|
поливинилацетат |
поливиниловый спирт |
||
Как известно, виниловый спирт — неустойчивая енольная фор ма ацетальдегида.
Формальные несовершенства этой системы названия полиме ров выявились уже давно. Например, получаемый полимеризаци ей формальдегида полимер называли полиформальдегидом:
Н
пVс = о
н/
М. Номенклатура полимеров |
29 |
хотя в составе повторяющегося мономерного звена нет альдегид ных групп.
Аналогично при поликонденсации 6-аминокапроновой кисло ты образуется полимер, который называли поли(6-аминокапро- новой кислотой):
|
О |
|
|
и |
+ лН20 |
I |
-NH(CH2)5C- |
|
/ H2N(CH2)5COOH- |
|
Тот же полимер, синтезируемый полимеризацией циклическо го лактама (е-капролактама), называли поли-е-капролактам:
О II и
л(СН2)5
NH
е-капролактам
О ■
"МТУ/отт л II N11 ( С Н ^ С
поли-е-капролактам
Однако кроме формальных недостатков указанная система на званий не дает возможности оценить состав и строение макромо лекул. Она неприменима к полимерам, получаемым на основе двух мономеров, а также к сополимерам.
Поэтому существенным вкладом в развитие рациональной но менклатуры явился переход к названиям, основанным на химиче ском строении мономерного звена. В рамках этой номенклатуры название полимера складывается из приставки поли- и заключен ного в скобки названия структурной повторяющейся группы, ко торая определяет собой класс полимера: сложный эфир, амид, уретан. Ниже приведены примеры названий (скобки после при ставки поли-, как это часто практикуется, опущены):
полибутилентерефталат
поли-я-фенилен- терефталамид
полиэтилен-2,4- толуиленуретан
30 |
Глава 1. Введение в теорию высокомолекулярных соединений |
|
|
|
СН3 |
|
|
I |
полидиметилсилоксан |
-S i— О- |
|
|
|
I |
|
|
сн3 |
|
|
OCH2CF3 |
поли-бмс(трифторэтокси)фосфазен |
I |
|
• P = N — |
||
I
OCH2CF3
Такое рациональное, систематическое название полимеров да вало представление об основном повторяющемся мотиве структу ры их молекул, т.е. формула и название полимера соответствова ли некоей идеализированной структуре реального вещества.
Дальнейшее развитие номенклатура полимеров получила в пра вилах по номенклатуре некоторых типов ВМС, утвержденных Международным союзом по теоретической и прикладной химии.
1.2.2. Номенклатура регулярных линейных однотяжных органических полимеров
Номенклатура регулярных линейных однотяжных полимеров, предложенная ИЮПАК, основана на выделении и названии со ставного повторяющегося звена (СПЗ), многократным повторе нием которого образован полимер. Если длина цепи не указана, полимер называют присоединением приставки поли- к названию СПЗ, данному, по возможности, в соответствии с правилами но менклатуры органических соединений. Так, если повторяющееся звено называется АВС, то соответствующий полимер называют полиАВС:
— j— СН2— j— |
— — ОСН2— |— |
— |— SCH2CH2— |— |
полиметилен |
полиоксиметилен |
политиоэтилен |
В случае известной длины цепи, что встречается в основном только у олигомеров, вместо приставки полииспользуют греческое название числа повторяющихся СПЗ: например, (-А В С - ) 14— тетрадекаАВС. Если известны концевые группы, то они указывают ся перед названием СПЗ после греческих букв а (первая концевая группа) и со (последняя концевая группа). Например, СНз-[-ОСН2СН2-]8-ОН: а-метил-со-гидроксиоктаоксиэтилен.
Чтобы назвать полимер в соответствии с номенклатурой ИЮПАК, необходимо придерживаться следующей последователь
1.2. Номенклатура полимеров |
31 |
ности действий: 1) идентифицировать СПЗ; 2) ориентировать СПЗ должным образом; 3) назвать СПЗ.
В приведенных выше примерах идентификация СПЗ не вызыва ет трудностей вследствие простого строения цепей. В более сложных случаях необходимо написать длинный участок макромолекулы и из него выбрать все возможные СПЗ. Для большинства полиме ров существует много вариантов написания составного повторяюще гося звена. Так, для фторпроизводного полиоксиэтилена
— ОСНСН2ОСНСН2ОСНСН2ОСНСН2—
I |
I |
I |
I |
(В) |
F |
F |
F |
F |
|
составное повторяющееся звено может быть записано шестью разными способами:
— ОСНСН2— |
-----СН2ОСН — |
— ОСНСН2— |
I |
I |
F |
F |
F |
|
-----СН2СНО— |
—сносн2— |
— снсн2о — |
F |
F |
F |
По номенклатуре ИЮПАК выбор единственной структуры для записи формулы полимера базируется на определении старшинст ва в расположении атомов и группировок. Согласно этому правилу старшинство в периодической таблице Д. И. Менделеева умень шается сверху вниз в группах и справа налево — в периодах. Ни же схематически изображена часть таблицы, в которой самым «старшим» будет фтор, а самым «младшим» — таллий:
г л |
о |
N |
\ |
в |
с |
О |
|
I |
\ |
1 |
I |
А1 |
Si |
р |
S |
А |
\ |
L |
I |
Ge |
Se |
||
L |
А |
к |
I |
Те |
|||
к |
Л |
Л |
I |
Ро |
I
При выборе СПЗ с учетом старшинства сначала выбирают по следовательность атомов в основной цепи; для полимера В это бу дет - О - С - С - (кислород старше углерода). Затем необходимо расположить заместители у атомов основной цепи: замещенные атомы выбранной последовательности записывают раньше, а за местители, если их несколько, в названии СПЗ располагают так